Галий (Ga) — течен метал, елемент №31: свойства, употреби и безопасност

Галият (химичен символ: Ga) е химичен елемент с атомен номер 31 в периодичната таблица.

Физични и химични свойства

Галият е метал с необичайнo ниска точка на топене в сравнение с повечето метали. Точната му точка на топене е приблизително 29,76 °C (≈ 85,6 °F), поради което при стайна температура или ако се държи в ръка може да се разтопи. В най-чист вид галият е лъскав и сребрист, а като твърдо вещество е синьо‑сив. Плътността му е около 5,91 g/cm3 при 20 °C, а точката на кипене е около 2204 °C.

Като елемент галият провежда електричество (той е метал), но много важни за технологиите му свойства идват от неговите съединения — те проявяват полупроводникови свойства. Затова галиевите съединения се използват широко в електрониката и оптоелектрониката.

Галият има някои интересни физични особености: течният метал е много лъскав и може да се използва за огледални повърхности в течна форма; при охлаждане той може да се «суперохлади» (остава течен под точката на нормално кристализиране) и при втвърдяване леко се разширява. Галият образува тънък оксиден слой на въздух, който предпазва повърхността му.

Произход и производство

Галият почти не се среща като свободен елемент в природата. Той е локализиран в малки количества в минерали като сфалерит и в отпадъчни продукти от добива и рафинирането на алуминий и цинк. Производството на галий обикновено е като страничен продукт от преработката на боксит (за алуминий) и руди на цинк.

Основни приложения

• Полупроводникови материали: Съчетавайки се с други елементи, галият образува важни полупроводникови съединения, например галиев арсенид (GaAs) и галиев нитрид (GaN). Тези материали се използват в компютрите, мобилните телефони, високочестотни и микровълнови устройства, лазери и светодиоди (LED), включително в сините и ултравиолетовите диоди.
• Оптоелектроника и фотоволтаици: GaAs и свързани съединения се използват за производство на високоефективни соларни клетки и фотоелектрични устройства, особено в космическата техника.
• Легиране и течни сплави: Галият се използва в сплави за понижаване на точката на топене (напр. Galinstan — сплав от галий, индий и калай), която може да замести живак в някои приложения.
• Отразяващи повърхности: В течно състояние галият е много лъскав и може да служи за направата на огледала и висококачествени отражатели — огледала, особено в специални научни приложения.
• Ядрена промишленост: Галиевите добавки са използвани за стабилизиране на кристалната структура на плутоний в ядрени устройства (алой с плутоний съдържа малки количества галий), поради което галият има връзка с конструкцията на ядрените компоненти.
• Медицинска употреба: Радиоизотопите на галия, като Ga‑67 (за сцинтиграфия) и Ga‑68 (за PET сканиране), се използват в диагностичната нуклеарна медицина.

Отношение към други елементи

Галият е химически и технологично свързан с елементи като алуминия, индия и талия — те споделят някои свойства и често участват в съединения или сплави с разнообразни приложения.

Безопасност и екологично поведение

• Елементния галий: Елементният метал обикновено се счита за с ниска степен на токсичност при контакт с кожата, но не е годен за консумация. При контакт може да оставя следи и да оцвети повърхности. Въпреки че демонстрацията „топене в ръката“ е възможна при стайна температура, не се препоръчва да се прави нарочно — винаги използвайте предпазни средства при работа с метали и химикали.
• Съединенията: Някои галиеви съединения (особено разтворими соли и някои органични и неорганични комплекси) могат да бъдат токсични или да предизвикат здравословни проблеми при вдишване, поглъщане или продължителен контакт. Работете с тях в добре вентилирани условия и със защитно оборудване.
• Взаимодействие с други метали: Галият може да образува сплави с много метали и да предизвика брашненост (embrittlement) — особено опасно е за алуминиеви повърхности; не изливайте галий по водопроводни тръби, защото може да повреди алуминиеви части.
• Съхранение и изхвърляне: Съхранявайте галия в подходящи контейнери, далеч от материали и повърхности, с които може да реагира. Следвайте локалните правила за изхвърляне на метални отпадъци и химикали.

Исторически бележки и любопитни факти

Галият е открит през 1875 г. от френския химик Пол-Емил Лекок дьо Буабодран (Paul-Émile Lecoq de Boisbaudran). Дмитрий Менделеев предсказал неговото съществуване като „екаалуминий“ поради празнината в таблицата си, а находката потвърди някои от предсказанията за свойства на този елемент. Името "gallium" идва от латинското Gallia (Франция).

Кратко обобщение: Галият е интересен метал с ниска точка на топене, важни полупроводникови съединения и широк спектър от приложения в електрониката, оптоелектрониката и медицината. Макар елементният галий да е с относително ниска токсичност, трябва да се внимава със съединенията му и с взаимодействията му с други метали.

Въпроси и отговори

В: Какво представлява галият?

В: Кое е необичайното свойство на галия?

В: Безопасно ли е да се държи галий?

В: Може ли галият да се използва в компютрите?

В: Какъв е цветът на най-чистия извлечен галий?

В: Каква е употребата на галия в течна форма?

В: С какво е свързан галият?

Търсене по буква